Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 1
WEITERENTWICKLUNG DES
OTTOMOTORS
Prof. Dr. Uwe D. Grebe
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
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28pt fett
Weiterentwicklung des Ottomotors
Überblick über die Randbedingungen der
Neuentwicklungen von Ottomotoren
Darstellung der aktuellen Technologie-Trends
Möglichkeiten zur Verbesserung der Motorarchitektur
Ausblick auf die Ottomotoren der Zukunft
Zielsetzungen der Vorlesung
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28pt fett
Weiterentwicklung des Ottomotors
Blockveranstaltung
8. Juni 2015 9:00 bis 16:00 Uhr
9. Juni 2015 9:00 bis 16:00 Uhr
Pausen: 10:30 – 10:45
12:00 – 13:00
14:30 – 14:45
Schriftliche Prüfung
Präsentationsmaterial wird elektronisch zur
Verfügung gestellt (www.ifa.tuwien.ac.at/)
Ablauf der Vorlesung
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28pt fett
Weiterentwicklung des Ottomotors
1. Entwicklungsrandbedingungen1.1 Gesetzliche Vorschriften1.2 Anforderungen von der Kundenseite
2. Verbrauchsreduzierung2.1 Thermodynamik
(Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung, ...)2.2 Reibungsreduzierung2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung
3. Alternative Kraftstoffe
4. Volllastverbesserung4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren4.2 Aufladung
5. Reduzierung der Abgasemissionen5.1 Motorinterne Maßnahmen5.2 Abgasnachbehandlung
6. Verbesserte Architektur6.1 Gewichtsreduzierung6.2 Kostenreduzierung6.3 Komfortverbesserung
7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren
8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft
Gliederung
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28pt fett
Quo Vadis – Powertrain ?
Es hat sich eine Vielfalt an Powertrain (Antriebsstrang-) Technologien
im Markt etabliert; weitere Varianten befinden sich in der Entwicklung
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28pt fett
Bedeutung des Ottomotors
Die Zukunft des Ottomotors wird immer wieder hinterfragen.
• Der Dieselmotor hat an Marktanteil zugelegt !
• Hybridantriebe stellen dem Verbrennungsmotor einen
Elektromotor an die Seite !
• Der Elektroantrieb und die Brennstoffzelle sind
Alternativen zum Verbrennungsmotor !
Beschäftigen wir uns mit dem richtigen Thema ?
Hat der Ottomotor überhaupt eine Zukunft ?
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28pt fett West Europa – PKW-Neuzulassungen
Gas-DI
0%
20%
40%
60%
80%
100%
85 87 89 91 93 95 97 99 '01 '03 '05 '07 '09 11 13 15 17 19
2 Ventil –
Ottomotoren
(Saugrohreinspritzung = PFI)Mehrventil –
Ottomotoren
(PFI)
CI DI
(Diesel)
CI IDI (Diesel)
Ma
rkta
nte
il
SI DI
Kalender-Jahr
Marktentwicklung: PKW Antriebe
SI DI: Spark Ignition – Direct Injection
PFI: Spark Ignition, Port Fuel Injection
CI DI: Compression Ignition – Direct Injection
CI IDI: Compression Ignition – Indirect direct injection (Vorkammer)
Quelle: GM, ACEA, Stand 2014
53,1%
(2014)
Abschätzung
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28pt fett
Mark
tante
il in
%
SIDI
Marktanteile in West Europa (Jahr 2014)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Diesel-Motor
Ottomotor
Quelle: ACEA, Zulassungsstatistik, Stand 2014
Länderspezifischer Ottomotoranteil
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28pt fett
Dieselanteil in West Europa
Der Dieselanteil ist West-Europa in den 1990er Jahren signifikant gestiegen.
Gründe hierfür sind:
• Fahrspaß durch hohes Motordrehmoment der modernen direkteinspritzenden Dieselmotoren bei niedrigen Drehzahlen
• niedrige volumetrische Verbräuche (l/100 km)
• gute Verbräuche bei höheren Fahrgeschwindigkeiten
• 2009 zeigte einen Einbruch im Dieselanteil aufgrund der staatlichen Verschrottungsprämien (in einigen Ländern)
Aber es darf nicht vergessen werden:
• nahezu jeder Dieselmotor ist direkteinspritzend und aufgeladen
• Dieselmotoren sind schwerer und teurer als Ottomotoren
• Wartungskosten eines Dieselmotors sind höher
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28pt fett
Prognose der weltweiten Fahrzeugproduktion
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28pt fett
Globaler Entwicklungstrend
• Weltweit dominiert der Ottomotor mit über 80 %
Marktanteil
• Nordamerikanischer, europäischer und chinesischer Markt
bestimmen derzeit die globale Statistik
• Abgasgesetzgebung in Nordamerika ist für den
Dieselmotor nur mit extremem Mehraufwand zu erfüllen
• Dieselmotoren werden in China derzeit (noch?) nicht in
Personenkraftwagen verwendet
• Zukünftige Abgasgesetzgebungen in USA und Europa
erhöhen die Systemkomplexität des Dieselmotors
gegenüber dem Ottomotor weiter
Ottomotoren werden ihre dominierende Stellung bei den
Verbrennungsmotoren beibehalten
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28pt fett
Wettbewerber des Verbrennungsmotors
• Löst der Batterie-elektrische Antrieb den
Verbrennungsmotor ab?
• Kommt die Wasserstoff-Wirtschaft?
• Wird die Brennstoffzellen-Technologie die Fahrzeug-
Architektur in den nächsten Jahren verändern?
• Kann der konventionelle Hubkolbenmotor gegenüber der
Brennstoffzelle, die sehr hohe Wirkungsgrade aufweist,
bestehen?
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28pt fett
Grenzen der Batterietechnologie
Quelle: GM
Batterien haben heute noch entscheidende Nachteile:
geringe Speicherdichte, hohe Kosten, lange Ladezeit
Batterieelektrisches Fahrzeug
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28pt fett
LA92 Testzyklus
FTP 72 Zyklus
Manhattan
Stadtzyklus
0 200 400100 300 500 600 700
Fahrzeug - Reichweite/ km
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
2.6
3.0
2.8
rela
tives F
ahrz
euggesa
mtg
ew
icht
Kundenerwartung
C Segment Fahrzeug
(Golf-Klasse)
Fahrzeuggewicht über Reichweite
Quelle: GM, Stand 2011
Batterieelektrisches Fahrzeug
Geforderte Reichweite bestimmt das Gesamtgewicht des Elektrofahrzeugs.
Bei konventioneller Karosserietechnologie etwa Verdopplung (500 km).
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28pt fett
Reichweite im Realbetrieb
Quelle: GM
Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der
Fahrweise und der Umgebungstemperatur ab.
Batterieelektrisches Fahrzeug
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28pt fett
-5
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
Umgebungstemperatur / °C
An
teil
be
zo
ge
n a
uf d
ie
ma
x. e
lektr
isch
e R
eic
hw
eite Eco
Fahrweisekein HVACnormale Fahrweisekein HVAC
normale Fahrweise mit HVAC (20°C)
Komfortzone der Batterie
Großer Einfluss von:
Umgebungstemperatur
Fahrstil / Leistungseinsatz
Innenraumheizung und -kühlung
Reichweiten - Unsicherheit
Quelle: GM
Die Reichweite batterieelektrischer Fahrzeuge hängt sehr stark von der
Fahrweise, Klimatisierung und der Umgebungstemperatur ab.
Batterieelektrisches Fahrzeug
HVAC = Heating,
Ventilation, Air
Conditioning
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28pt fett
670 L
830 kg
SystemBatterie-zellen
540 kg
360 L
Lithium Ionen Batterie100 kWh elektrische Energie
46 L
43 kg
System
Diesel
Kraftstoff
33 kg
37 L
260 L
125 kg
SystemWasserstoff
6 kg
170 L
Kompr. Wasserstoff 700 bar6 kg H2 = 200 kWh chemische Energie
Fahrzeug Energiespeicher
Gewicht und Volumen für 500 km Reichweite
Quelle: GM
Bei Berücksichtigung der Gesamtwirkungsgrade der Fahrzeuge ist die Batterie
etwa 20mal schwerer.
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28pt fett Prinzipieller Aufbau
Polymer-Elektrolyt-Brennstoffzelle
H+
H+
Kathode
4e-
Anode
Elektrische Last
Wärme
H2
H2O Restgas
O2/Luft2 H
2
4 H
++
4 e
-
4 H
++
O2 +
4 e
-
2 H
2O
H+
H+
Polymer-Elektrolyt-
Membran
KatalysatorKatalysator
Quelle: GM
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28pt fett Systemübersicht
Brennstoffzellen-Fahrzeug
Wasserstoff-Einfüllstutzen
Druckwasserstoff-
Speichertanks
Leistungsbatterie
SteuergerätGleichspannungswandler
Elektrischer Antriebsmotor
Wasserstoffzuführung
Kühler
Brennstoffzellen-Stack
Luftfilter
Leistungsverteilung
Kühlmittelbehälter
Quelle: GM
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28pt fett
Tank-to-Wheel
Tank-bis-Räder
Well-to-Tank
Quelle-bis-Tank
Well-to-Wheel
Quelle-bis-Räder
Well-To-Wheel Studie
Quelle: GM
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28pt fett
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
Energ
ieaufw
and
Wasserstoff, flüssig
Wasserstoff, kompr. 350bar
Benzin
Diesel
Rohstoffgewinnung bis zum Fahrzeugtank
1,6
2,1
1,21,0
USA spezifisch
3 ... 5 %
Rohstoff-
förderung
und Transport
13 ... 58 %
Kraftstoff-
produktion0,5 ... 4 %
Kraftstoff-
verteilung
Energieverbrauch
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28pt fett
0
1
2
3
4
5
6
Energ
ieaufw
and
Brennstoffzellen-Fahrzeug, H2kompr. (350 bar)
Diesel-Fahrzeug
Rohstoffgewinnung bis zur Transportleistung
64%
75%4,5
5,1
Vorkette USA-spezifisch
Energieverbrauch der Gesamtkette
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28pt fett
• Batteriespeicherdichten werden sich verbessern; die Energiedichte ist aber 100x geringer als bei flüssigen Kraftstoffen
• Wasserstoffdruckspeicher (bis 700 bar) erreichen etwa die 10fache Speicherdichte wie Batterien
Energiedichte
Gravimetrische und volum. Dichte incl. Speichertank
10
100
1000
10000
100000
10 100 1000 10000 100000
Gasoline
Diesel
H2 700 bar
Li-Ion
Blei-
Säure
NiMH
Ethanol
Gra
vim
etr
ische E
nerg
iedic
hte
(Wh/k
g)
Volumetrische Energiedichte (Wh/I)
Batterien:
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28pt fett Die Brennstoffzelle ist neben dem batterieelektrischen
Antrieb der wichtigste Wettbewerber in der fernen
Zukunft.
Vor einem Großserieneinsatz der Brennstoffzelle im
Fahrzeug müssen folgende Themen gelöst werden:
• hohe Produktkosten der Brennstoffzelle
• weitere Entwicklung der Brennstoffzellen-Technologie
notwendig (Systemaufwand, Kühlung, ...)
• Weitere Verbesserung der Leistungsdichte
• Infrastruktur für Wasserstoff muss errichtet werden
Konventionelle Verbrennungsmotoren werden den Markt
mindestens in den nächsten 25 Jahren dominieren
Hybridisierung kombiniert Verbrennungs- und
Elektromotoren
Produktion von konventionellen Verbrennungsmotoren ist
bis ins Jahr 2050 und darüber hinaus zu erwarten
Langfristige Marktentwicklung
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28pt fett
Ist der Ottomotor zukunftsfähig ?
Der Ottomotor hat
• höchste Leistungsdichte (aufgeladene Motoren, Rennmotoren)
• bestes Kosten-Nutzen Verhältnis
• einfacher Aufbau
• leichte Bauweise
• kann alternative Kraftstoffe (z.B. Ethanol, Erdgas, ...) nutzen
Zahlreiche Entwicklungen werden derzeit durchgeführt, zur weiteren Verbesserung von:
• Verbrauch
• Emission
• Volllastverhalten
Zukunftsfähigkeit des Ottomotor ist mit Sicherheit gegeben.
Weltweit wird der Ottomotor die dominierende Antriebsquelle für Personenkraftwagen mindestens für die nächsten 25 Jahre bleiben
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28pt fett
Weiterentwicklung des Ottomotors
1. Entwicklungsrandbedingungen1.1 Gesetzliche Vorschriften1.2 Anforderungen von der Kundenseite
2. Verbrauchsreduzierung2.1 Thermodynamik
(Benzindirekteinspritzung, variable Ventiltriebe, Ladungsverdünnung, ...)2.2 Reibungsreduzierung2.3 Downsizing, Lastpunktverschiebung
3. Alternative Kraftstoffe
4. Volllastverbesserung4.1 Luftaufwandsverbesserung bei freisaugenden Motoren4.2 Aufladung
5. Reduzierung der Abgasemissionen5.1 Motorinterne Maßnahmen5.2 Abgasnachbehandlung
6. Verbesserte Architektur6.1 Gewichtsreduzierung6.2 Kostenreduzierung6.3 Komfortverbesserung
7. Aktuelle Technologieeinführungen bei Ottomotoren
8. Entwicklungstendenzen für die Zukunft
Gliederung
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28pt fett
Verdoppelung des Mobilitätsbedarf bis 2050
0
20
40
60
80
2000 2010 2020 2030 2040 2050
Africa
Latin America
Middle East
India
Other Asia
China
Eastern Europe
FSU
OECD Pacific
OECD Europe
OECD North America
Pkm
/Jahr
in B
illio
nen (
10
12)
[Quelle: WBCSD Mobility 2030]
Fahrleistungen (zurückgelegte Fahrstrecken, Personen-Kilometer)
nehmen in China und Indien stark zu
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28pt fett
Resultierende Herausforderungen
• Weitere Verbesserung des Insassenschutz und Partnerschutzes
• Reduzierung des Einfluss auf die Umwelt
– Ressourcenschonung durch kontinuierliche Verbesserung
der fahrzeugseitigen Emissionen und des
Kraftstoffverbrauchs
Wesentliche Entscheidungskriterien
– kundenorientierte Produktangebote
– kundenorientierte Preisgestaltung
– wettbewerbsfähige Herstellungskosten
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28pt fett Abgas- und
Verdunstungs-
emissionen
Crashanforderungen:
Fußgänger – Schutz
Insassen – Schutz
Kraftstoffverbrauch
und
CO2-Ausstoß
Geräuschemission
Funkentstörung,
elektromagnetische
Störfestigkeit
Gesetzliche Anforderungen
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LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 30
28pt fett
Crashanforderungen
Der Motorraum wird bei Unfällen verformt.
Anforderungen an Motoren
• kompakte Bauweise
• Aufnehmen von Kräften
• Vermeiden von Intrusionen in die Fahrgastzelle
• Vermeiden von Kraftstoff- und Ölverlusten
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28pt fett
Phase 1: NT*) 1. Okt. 2005 (Neue Front)
NR*) 31. Dez. 2012
Unterschenkel
v = 40 km/h
Grenzwerte
a 200 g
a 21°
s 6 mm
Oberschenkel
(Monitoring)
v = 20...40 km/h
Grenzwerte
F 5 kN
M 300 Nm
EEVC-
Erwachsenenkopf
(Monitoring)
v = 35 km/h
m = 4,8 kg
Grenzwert
HPC 1000
∢ 35°
ISO-Kinderkopf
v = 35 km/h
m = 3,5 kg
Grenzwerte
1/3: HPC 2000
2/3: HPC 1000
∢ 50°
*) NT Neue Modelle
NR Alle Erstzulassungen
Phase 2: NT*) 1. Sept. 2010
NR*) 1. Sept. 2015
EEVC-Kinderkopf
v = 40 km/h
m = 2,5 kg
Grenzwert
HPC 1000
Oberschenkel
v = 20...40 km/h
Grenzwerte
F 5 kN
M 300 Nm
Unterschenkel
v = 40 km/h
Grenzwerte
a 150 g
a 15°
s 6 mm
∢ 65°
∢ 50°
EEVC-
Erwachsenenkopf
v = 40 km/h
m = 4,8 kg
Grenzwert
HPC 1000
Technische Anforderungen in EuropaStand 19. Feb. 2003
Fußgängerschutz
Quelle: Opel
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 32
28pt fett Freier Deformationsraum für den Kopfaufprall
Fußgängerschutz
Opel Signum
6-Zyl. Diesel
Motorhaube virtuell um etwa 80 mm
abgesenkt
– betroffene KomponentenQuelle: Opel
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 33
28pt fett
Fußgänger- und Insassenschutz
Auswirkungen auf die Motorkonstruktion
Motoren und Getriebe müssen kompakt bauen
Das bedeutet
niedrige Gesamthöhe der Bauteile, für Deformationsraum unter der Motorhaube
kurze Motorlänge, um im Quereinbau eine steife Längsträgerstruktur der Karosserie zu ermöglichen
schmale Baubreite, damit im Quereinbau genügend Deformationsraum zum Fahrzeugfußraum bleibt
(Bei Längseinbau gelten prinzipiell die gleichen Forderungen)
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 34
28pt fett
CO2/GHG
RDE
Real Driving
Emissions
In use
Conformity
Verbrauchs- und Emissionsgesetzgebung
Trends
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 35
28pt fett
Source: ICCT, November 2013, Global Transportation Energy and Climate Roadmap / AVL
US PC 2025: 91
EU 2025: 68-78* EP
*Proposed env. committee EP April 2013
EU 2012-15:
< 50 g CO2/km for
Supercredits
2025 targets exactly defined before 2017
EU 2020-22:
< 50 g CO2/km for Supercredits )
1)
1) 95% of the manufacturer‘s fleet
must meet 95 g CO2/km in 2020,
100% in 2021
South Korea: 97 g CO2/km for
2020 is under discussion
Anforderungen Verbrauch/CO2 (global)
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 36
28pt fett
CO2 Verordnungen in Europa - 2015Anwendung:
• Alle Fahrzeuge erstmalig zugelassen in EU27
Referenzgewicht<2610kg
Personenwagen (M1) Leichte Nutzfahrzeuge (N1)
Zielfunktion:
• Zieldefinition auf Basis der Masse
(marktgewichtete lineare Trendfunktion)
politische Anpassung der
Steigung auf 60%
Keine Anpassung der
Steigung
Zielwert:
• Flottenziel für den Gesamtmarkt, OEM
spezifische Ziele abhängig vom Gewicht der
OEM-Flotte
130g CO2/km 175 g/km
“Phase-in”:
• Mittel aus x% aller verkauften Wagen eines
Herstellers
65% in 2012, 75% in 2013, 80%
in 2014, 100% in 2015
75% in 2014, 80% in 2015,
100% in 2016
Überschreitungsabgabe:
• Abgabe pro Gramm CO2 multipliziert mit der
Anzahl aller verkauften Fzge eines Herstellers
2012 - 2015: 0-1g: 5€ / 1-2g: 10€
/ 2-3g: 15€ / >3g: 95€
nach 2015: 95€/g
2014 - 2018: 0-1g: 5€ / 1-
2g: 10€ / 2-3g: 25€ / >3g:
95€
nach 2018: 95€/g
“Eco-Innovations” :
• Technologien die einen quantifizierbare CO2
Reduzierung bringen, aber nicht oder nur
unzureichend im Zyklus berücksichtigt sind
7g/km “cap” für Gutschriften auf
den Herstellerdurchschnitt
7g/km “cap” für Gutschriften
auf den
Herstellerdurchschnitt
“Super Credits”:
Fahrzeuge < 50g/km CO2 im Zyklus;
Multiplikation des Verkaufsvolumens mit einem
Faktor
3.5x 2012/3.5x 2013/2.5x
2014/1.5x 2015
3,5x 2014 / 3,5x 2015 /2,5x
2016 / 1,5x 2017
(max. 25000 Einheiten)
Langfristziel:
Zieldefinition für das Jahr 2020 (gesetzlicher
Wert!)
95 g/km 147 g/km
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 37
28pt fett
EU CO2 Verordnung – Phase-in (Pkw)
65%75% 80%
100%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
2012 2013 2014 2015
Ante
il alle
r verk
auften F
ahrz
euge
• Balken zeigen den Prozentsatz aus der Flotte die den Zielwert erreichen muss.
• Zielwert berechnet aus 100% der verkauften Fahrzeuge
Anteil
produzierter
Fahrzeuge,
die nicht
berücksichtigt
werden
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 38
28pt fett Jeder Hersteller muss pro Kalenderjahr seinen
Zielwert erreichen
EU CO2 Verordnung – Zielfunktion
Zielwert
Hersteller B
Zielwert
Hersteller C
Zielwert
Hersteller A
Delta zwischen CO2 Status
und CO2 Ziel führt zu
Strafzahlungen
Ziellinie
Erlaubte
durchschnittliche
CO2-Emission der
Herstellerflotte
[g/km]
Durchschnittliches
Gewicht der
Herstellerflotte [kg]
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 39
28pt fett
Source: European Federation for Transport and Environment (T&E)
EU 2012 – CO2 Status EU
Weiterentwicklung des Ottomotors, TU Wien
LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 40
28pt fett
The European Parliament adopted at first reading on 25 February 2014 the 2020 target to reduce CO2 emissions from new passenger cars. Next Step: European Council 1st reading position and agreement
CO2 target: From 2020 onwards, the Regulation sets a target of 95 g CO2/km for the average emissions of the new car fleet
o 95% in 2020 o 100% by the end of 2020 onwards
Super-credits for 95 g CO2/km target: Each new passenger car with specific CO2 emissions of < 50 g CO2/km shall be counted as
o 2 passenger cars in 2020 o 1,67 passenger cars in 2021 o 1,33 passenger cars in 2022 o 1 passenger cars from 2023
for the year in which it is registered in the period from 2020 to 2022, subject to a cap of 7,5 g CO2/km over that period for each manufacturer.
Eco-Innovations o CO2 savings achieved through the use of innovative technologies or a combination of
innovative technologies shall be considered. o The total contribution of those technologies to reducing the specific emissions target of a
manufacturer may be up to 7 g CO2/km.
EUPKW – CO2 Emissions 2020/21
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LVA 315.032, Sommersemester 2015, Kapitel 1, Folie 41
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Determination of CO2 emissions from 2020: Specific emissions of CO2 = 95 + 0,0333 x (M – M0) Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M0 = the valued will be defined, depending on the average mass of new passenger cars in the EU in the previous
calendar years
The specific emissions target for a manufacturer in a calendar year shall be calculated as the average of the specific emissions of CO2 of each new passenger car registered in that calendar year of which it is the manufacturer. Comment: specific emission targets for passenger cars can be exceeded, targets for the manufacturers fleet must be fulfilled Just for your information: From 2012 to 2015:
Specific emissions of CO2 = 130 + 0,0457 × (M – 1372)
Where: M = mass of the vehicle in kilograms (kg) From 2016:
Specific emission of CO2 = 130 + 0,0457 x (M – M0)
Where : M = mass of the vehicle in kilograms (kg) M0 = the value adopted by 31 October 2014 to the average mass of new passenger cars in the EU in the previous three calendar years
PKW – CO2 Emissions 2020/21 EU
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Next steps of the European Commission o The Commission should, by 2015, submit a report to the European Parliament and to the
Council. That report should include proposals for CO2 emission targets for new passenger cars beyond 2020, including the possible setting of a realistic and achievable target for 2025.
o The Commission should carry out a robust correlation study between the NEDC and the new WLTP cycles to ensure its representativeness regarding real driving conditions.
o By 31 December 2015, the Commission shall review the specific emissions targets and the modalities, including whether a utility parameter is still needed and whether mass or footprint is the more sustainable utility parameter, in order to establish the CO2 emissions targets for new passenger cars for the period beyond 2020.
EUPKW – CO2 Emissions 2020/21
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Exhaust Emission Legislation Global
Source: AVL EmRep, 2013, http://www.integer-research.com/environment-emissions/legislation/, Latin America and the caribbean passenger vehicle standards & fleets (UNEP), 2011, Fuel
Quality and Vehicle Emission Standards Overview (The regional environmental centre for the caucasus), 2008, Fuel Economy Regulations, Test Procedures and Limits Passenger Cars and
Light Commercial Vehicles (Mercedes-Benz – Emissions), 2008, www.stallwanger.net / February 2013
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Emission and GHG/CO2 standards
Fuel Efficency ?
EU
USA
CARB
China
China Beijing
India
India Cities
Euro 5 (Sept. 2011: incl. PN Limit)
2012 2014 2016 2018 2020 2022
Euro 6 (incl. PN Limit)
Tier 2 Tier 3 (Phase-in)
LEV II LEV III (Phase-in)
03/2014
Phase 4 Gasoline (Diesel delayed)1 Phase 5
Phase 4 Phase 5 gasoline ² Phase 6 ??
1 Diesel delayed until July 2013, introduction still unsure because of lack defined on low Sulphur fuel (ICCT)2 Phase 5 for gasoline only, for Diesel no official introduction date announced
CO2 (Phase in 2012-2015)
GHG and FC GHG and FC
GHG GHG and FC
Stage 2: Fuel Economy Stage 3: 2012-2015
Stage 2: Fuel Economy Stage 3: 2012-2015
Bharat 3 ? Bharat 4 ?
Bharat 4 ? Bharat 5 ?
Fuel Efficency ?
CO2 (2020/2021)
Stage 4: Fuel Economy (Phase-in 2016-2020)
Stage 4: Fuel Economy (Phase-in 2016-2020)
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Wesentlicher Beitrag zur Emissionsreduzierung
~95% Reduzierung der
Emissionen über die letzten
25 Jahren
Ziele einer langfristigen und
integrierten Politik:
– Umwelt und Gesundheit
– Wettbewerbsfähigkeit der
Industrie
– nicht: beste,
verfügbare Technologie
100%
1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010
20%
40%
60%
80%
0%
1970 1974 1978 1982 1986 1990 1994 1998 2002 2006 2010
20%
40%
60%
80%
0%
HC+NOx
PM
Diesel
CO
HC+NOx
Petrol
source: ACEA
-100%
-90%
-80%
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%
1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Emission limits reduction Diesel
CO
HC + NOx
PM (mass)
-100%
-90%
-80%
-70%
-60%
-50%
-40%
-30%
-20%
-10%
0%1993
1995
1997
1999
2001
2003
2005
2007
2009
2011
2013
2015
Emission limits reduction Gasoline
CO
HC
NOx
Europa
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Compression
Ignition
Engines
(Diesel)
Positive
Ignition
Engines
(Gasoline)
EU PC Euro 1-6 Emission Standards
1992 1996 2000 2005 2009 2011 2014 2017
CO 2720 2200 2300 1000 1000 1000 1000
HC 200 100 100 100 100
NMHC 68 68 68
HC + NOx 970 500
NOx 150 80 60 60 60
PM only GDI 5 4.5 4.5
PN only GDI 6E12
mg/km
mg/km
mg/km
mg/km
mg/km
mg/km
#/km
2720 1000 640 500 500 500 500
970 560 300 230 230 170700
500 250 180 180 80
140 80 50 25 5 4.5 4.5
6E11 6E11
CO
HC + NOx
NOx
PM
PN
mg/km
mg/km
mg/km
mg/km
#/km
EU-1 EU-2 EU-3 EU-4 EU-5a EU-5b EU-6b
no change change
EU-6c
6E11
1000
100
68
60
4.5
500
170
80
4.5
6E11
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Euro 6 Expected ChangesL
imits
Te
st p
roce
dure
RD
EC
O2
Lim
it
NEDC (Emissions) WLTC (Emissions)*
130 g/km (or adapted to WLTC)* 95 g/km (or adapted to WLTC)*
Source: AVL / TCMV Meeting May 2013 / CIRCABC February 2014 / LAT December 2013
Euro 6b EU 6cEuro 6c ?
adopted
proposed
discussed
rumors
RDE (monitoring) RDE (compl. factor) RDE (stringent compl. factors ?)
2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023
NEDC (CO2) WLTC (CO2)*
PN RDE (compl. factor) PN RDE (stringent compl. factors ?)
Phase-in of 95 g/km**
Phase-in of 130 g/km
* WLTC implementation dates under discussion, latest with Euro 6c, CO2
correlation factors under development** 95 % of the manufacturer‘s fleet must meet the 95 g/km standard in 2020
EU
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The WLTC will replace theNEDC cycle for CO2 as well asfor emission homologationlatest in 2017 with EU6c legislation.
Additionally Real DrivingEmissons (RDE) will bemonitored.
Euro 6 Expected Changes EU
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28pt fettReal Driving Emissions RDE
Euro 6 Expected Changes EU
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28pt fett
Anforderungen - Motorentwicklung
Verbrauch
Fahrspaß
Emission
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28pt fett
Fahrspaß ist neben der
nüchternen Erfüllung der
Transportaufgabe ein
wichtiges Kundenbedürfnis.
Fahrspaß
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28pt fett
Untere MittelklasseC-Segment
Anforderungen an Fahrzeugmotoren
Obere MittelklasseE-Segment
MittelklasseD-Segment
Segmentspezifische Priorisierung
KleinwagenB-Segment
Compact Van
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28pt fett
Anforderungen an Fahrzeugmotoren
Segmentspezifische Priorisierung
Die Segmente haben unterschiedliche Priorisierungen
der Anforderungen an den Motor
Die Motorentechnologie ist unterschiedlich bewertet
Spektrum reicht von Preis-orientiert bis zu
Technologie-orientiert
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28pt fett
Anforderungen an Fahrzeugmotoren
Folgerungen für den „optimalen“ Motor
Den einen optimalen Motor / die eine optimale
Technologie zur Verbrauchsreduzierung für alle
Segmente des Marktes gibt es nicht.
Für das Ziel der Flottenverbrauchsreduzierung gilt:
Nur ein verkauftes Fahrzeug kann einen Betrag zur
Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs leisten.